多电子原子轨道的能量课件

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1、第一章第一章 物质结构基础物质结构基础 第一节第一节 核外电子运动状态核外电子运动状态第二节元素周期系和元素的基本性质第二节元素周期系和元素的基本性质第四第四节节 分子分子间间作用力作用力第三第三节节 化学化学键键第一节第一节 核外电子运动状态核外电子运动状态原子原子原子核原子核核外电子核外电子质子质子中子中子（每个质子带一个单位正电荷每个质子带一个单位正电荷）（不带电）（不带电）（每个电子带一个单位的负电荷每个电子带一个单位的负电荷） 分子是物质能够独立存在分子是物质能够独立存在并保持其化学性质的最小微并保持其化学性质的最小微粒。物质的化学性质主要取粒。物质的化学性质主要取决于分子的性质，分

2、子的性决于分子的性质，分子的性质又与分子的结构有关。质又与分子的结构有关。分子结构化学键空间构型分子间的作用力分子内第一章第一章 第一节第一节 一、原子核外电子的运动一、原子核外电子的运动 离核愈离核愈近近，电电子云愈子云愈密集密集，即，即电电子子云出云出现现的的概率密度愈大。概率密度愈大。反之反之，离核离核愈愈远远，电电子云愈子云愈稀疏稀疏，即，即电电子云出子云出现现的的概率密度愈小。概率密度愈小。 注意注意：电电子云中的小黑点子云中的小黑点决不能看成是决不能看成是电电子。子。电电子云：用小黑点的疏密形象描述子云：用小黑点的疏密形象描述电电子在原子核外子在原子核外空空间间出出现现的的概率概率

3、密度分布密度分布图图。第一章第一章 第一节第一节 19241924年德布年德布罗罗意意预预言：一些言：一些实实物粒子物粒子 ( (如如电电子、子、中子、中子、质质子等子等) )也具有波粒二象性（是指某物也具有波粒二象性（是指某物质质同同时时具具备备波的特波的特质质及粒子的特及粒子的特质质）。）。为为了得到了得到电电子运子运动动状状态态的合理解，必需引的合理解，必需引进进几个几个参数参数n n、l l、m m，称它，称它们为们为量子数量子数（表征微（表征微观观粒子运粒子运动动状状态态的一些特定的数字）的一些特定的数字），每个量子数都有其确定的取，每个量子数都有其确定的取值值范范围围。二、核外电子

4、运动状态的描述二、核外电子运动状态的描述第一章第一章 第一节第一节 意意义义：描述：描述电电子子层层能量的高低次序和离核的能量的高低次序和离核的远远近，近，有有电电子子层层的意思。的意思。 取取值值： 1 2 3 4 5 6 正整数正整数 符号：符号： K L M N O P n=1表示能量最低、离核最近的第一表示能量最低、离核最近的第一电电子子层层。 n越大，越大，该电该电子子层层离核平均距离越离核平均距离越远远，电电子能量越高。子能量越高。 n相同，即相同，即为为同一同一电电子子层层。（一）主量子数（一）主量子数n n 第一章第一章 第一节第一节 对对于于单层电单层电子的，如子的，如氢氢，

5、电电子能量完全由子能量完全由n n决定，决定，对对于多于多电电子原子来子原子来说说，电电子能量除了与子能量除了与n n值值有关外，有关外，还还与与电电子子亚层亚层有关。有关。（一）主量子数（一）主量子数n n 第一章第一章 第一节第一节意意义义：表示同一：表示同一电电子子层层中有不同的分中有不同的分层层（亚层亚层）；）；确定确定原子原子轨轨道的形状并在多道的形状并在多电电子原子中和主量子数一起决定子原子中和主量子数一起决定电电子的能量。子的能量。取取值值：0 1 2 3 4 （n1）正整数）正整数 符号：符号：s p d f g （二）角量子数（二）角量子数l l第一章第一章 第一节第一节各电

6、子层内的亚层数 nl=0 l=1 l=2l=3l=4亚层数11s122s2p233s3p3d344s4p4d4f455s5p5d5f5g5（二）角量子数（二）角量子数l l第一章第一章 第一节第一节 每个每个n值值最多最多对应对应n个不相同的角量子数个不相同的角量子数l，即每，即每个个电电子子层层最多有最多有n个个亚层亚层。 l的每个的每个值还值还可表示可表示一种形状的原子一种形状的原子轨轨道：道： l=0，s轨轨道，球形；道，球形；l=1，p轨轨道，道，哑铃哑铃形；形；l=2，d轨轨道，花瓣形道，花瓣形 （二）角量子数（二）角量子数l l第一章第一章 第一节第一节注意注意 多多电电子子原原子

7、子轨轨道道的的能能量量与与n、l有有关关，而而氢氢原原子子或或单电单电子离子离 子原子子原子轨轨道的能量只与道的能量只与n有关。有关。 多多电电子子原原子子轨轨道道的的能能量量，由由n、l 共共同同决决定定。一一组组n、 l 对对应应于于一一个个能能级级，其其能能量量相相同同（即即n、l 都都相同）。相同）。 在多在多电电子原子中，子原子中，n相同，相同， l 越大，越大，E 越大。越大。 EnsEnpEndEnf 即在同一即在同一电电子子层层中，中，电电子子还还分分为为若干不同的若干不同的能能级级，l 又称又称为为能能级级或或电电子子亚层亚层。第一章第一章 第一节第一节 (同一同一亚层亚层中

8、往往中往往还还包含着若干空包含着若干空间间伸展方向不同的伸展方向不同的原子原子轨轨道。道。)意意义义:决定原子决定原子轨轨道或道或电电子云在空子云在空间间的伸展方向的伸展方向取取值值：与：与l有关，有关，给给定定l，m=0、1、 2 l, (2l+1）个）个值值。如，如，p轨轨道在空道在空间间有三个方向有三个方向px、py、 pz（三）磁量子数（三）磁量子数m第一章第一章 第一节第一节 通常把在一定的通常把在一定的电电子子层层中，具有一定形状和伸展方中，具有一定形状和伸展方向的向的电电子云所占据的原子核外空子云所占据的原子核外空间间称称为为一个原子一个原子轨轨道，道，简简称称为轨为轨道。用道。

9、用或或表示。表示。 电电子能量与子能量与m无关，也就是无关，也就是说说，n、l相同，而相同，而m不不同的各原子同的各原子轨轨道，其能量是完全相同的。道，其能量是完全相同的。这这种能量相种能量相同的同的轨轨道称道称为简为简并并轨轨道，或等价道，或等价轨轨道。如道。如px、py、 pz属属于等价于等价轨轨道。道。（三）磁量子数（三）磁量子数m第一章第一章 第一节第一节 各亚层的轨道数各亚层的轨道数各亚层的轨道数各亚层的轨道数 亚层亚层 空间取向空间取向 轨道数轨道数 s 亚层亚层 l=0 mL=0 2l+1=1 p亚层亚层 l =1 mL=0，1 2l+1=3 d亚层亚层 l=2 mL=0，1，

10、2 2l+1=5 f亚层亚层 l=3 mL=0，1， 2， 3 2l+1=7（三）磁量子数（三）磁量子数m第一章第一章 第一节第一节电电子除子除绕绕核运核运动动外外,还绕还绕着自身的着自身的轴轴作自旋运作自旋运动动意意义义：描述核外：描述核外电电子的自旋状子的自旋状态态取取值值：+1/2，-1/2 ；， 四个量子数四个量子数 n, l, m, ms可确定一个可确定一个电电子在原子核外的子在原子核外的运运动动状状态态（四）自旋量子数（四）自旋量子数ms第一章第一章 第一节第一节结论结论：同一原子中，不可能有运：同一原子中，不可能有运动动状状态态完全相同的完全相同的电电子存在，即同一原子中各个子存

11、在，即同一原子中各个电电子的四个量子数不可能子的四个量子数不可能完全相同。完全相同。 一个一个轨轨道中只能容道中只能容纳纳2个自旋相反的个自旋相反的电电子；子； 各各电电子子层层的的轨轨道数道数=n2 各各电电子子层电层电子的最大容量子的最大容量=2n2（四）自旋量子数（四）自旋量子数ms第一章第一章 第一节第一节1-1（四）自旋量子数（四）自旋量子数ms第一章第一章 第一节第一节 1. n 不同，不同， l 相同。相同。 n 越大，越大，电电子云的径向分布子云的径向分布图图的主峰离核越的主峰离核越远远，轨轨道的能量越高；道的能量越高；E1sE2s E3s E2p E3p E4p E3d E4

12、d E5d E4f E5f 三、原子核外电子排布三、原子核外电子排布（一）电子分布与近似能级图（一）电子分布与近似能级图 2. n 相同，相同， l 相同。相同。 l 越大，能量越高。越大，能量越高。第一章第一章 第一节第一节 在一定情况下在一定情况下nd 轨轨道的能量可能高于道的能量可能高于(n+1)s轨轨道的能量，道的能量，nf 轨轨道的能量可能高于道的能量可能高于(n+2) s轨轨道的能道的能量，量，这这种种现现象称象称为为能能级级交交错错。如：如： 是屏蔽效应和钻穿效应的结果。 3. 能能级级交交错错第一章第一章 第一节第一节（一）电子分布与近似能级图（一）电子分布与近似能级图 鲍林获

13、得鲍林获得19541954年诺贝尔化学奖和年诺贝尔化学奖和19621962年诺年诺贝尔和平奖贝尔和平奖第一章第一章 第一节第一节（一）电子分布与近似能级图（一）电子分布与近似能级图 原子轨道的近似能级图原子轨道的近似能级图第一章第一章 第一节第一节（二）多电子原子核外电子排布（二）多电子原子核外电子排布 多多电电子原子的核外子原子的核外电电子的排布又称子的排布又称为为电电子的构型子的构型。根据光根据光谱谱数据，数据，归纳归纳出基出基态态原子核外原子核外电电子排布的子排布的三个三个原原则则。1. 能量最低原理能量最低原理2. Pauli不相容原理不相容原理3. Hund规则规则第一章第一章 第一

14、节第一节 “系系统统的的能能量量愈愈低低，愈愈稳稳定定”是是自自然然界界的的普普遍遍规规律。律。 基基态态原子，是最原子，是最稳稳定的系定的系统统，能量最低。，能量最低。1. 能量最低原理能量最低原理 能量最低原理能量最低原理基基态态多多电电子原子核外子原子核外电电子排布子排布时时，总总是先占据能量最低的是先占据能量最低的轨轨道，当低能量道，当低能量轨轨道占道占满满后，才排入高能量的后，才排入高能量的轨轨道，以使整个原子能量最道，以使整个原子能量最低。低。 如下如下图图箭箭头头所指所指顺顺序。序。第一章第一章 第一节第一节电电子子填填入入能能级级的的先先后后次次序序1. 能量最低原理能量最低原

15、理第一章第一章 第一节第一节 在同一个原子中，没有彼此完全在同一个原子中，没有彼此完全处处于相同的于相同的状状态态的的电电子。子。 在同一个原子中不能有四个量子数完全相同的两在同一个原子中不能有四个量子数完全相同的两个个电电子存在。子存在。2. Pauli不相容原理不相容原理第一章第一章 第一节第一节 每一每一电电子子亚层亚层最多容最多容纳纳的的电电子数子数为为：s2、p6、d10、f14 每一每一电电子子层层最多能容最多能容纳纳的的电电子数子数为为原子原子轨轨道的道的2倍，即倍，即2n2。 由此可知：由此可知： 一个原子中不允一个原子中不允许许有两个有两个电电子子处处于完全相同的状于完全相同

16、的状态态。 在一个原子在一个原子轨轨道上最多能容道上最多能容纳纳两个两个自旋方向相反自旋方向相反的的电电子。子。2. Pauli不相容原理不相容原理第一章第一章 第一节第一节3Hund规则规则 在在简简并并轨轨道上，道上，电电子子总总是尽可能是尽可能分占不同的分占不同的轨轨道道，且且自旋平行自旋平行，使原子的，使原子的总总能量最低。如：能量最低。如：6C 轨道式 电电子在能量相同的子在能量相同的轨轨道（即道（即简简并并轨轨道）上排布道）上排布时时，总总是尽可能以自旋相同的方向，分占不同的是尽可能以自旋相同的方向，分占不同的轨轨道，因道，因为这样为这样的排布方式的排布方式总总能量最低。能量最低。 7N轨道式 第一章第一章 第一节第一节8O轨道式 9F轨道式 电子排布式：6C 1s2 2s2 2p2 7N 1s2 2s2 2p3 8O 1s2 2s2 2p4 9F 1s2 2s2 2p5 原子序数原子序数为为3 10的的8种元素原子的基种元素原子的基态电态电子构型子构型见见表表1-2。 轨轨道道图图式描述原子构型可以准确地表达式描述原子构型可以准确地表达Hund 规则规则，而而电电子构型式